生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)滲碳或碳氮共滲后淬火裂紋，導(dǎo)致零件報(bào)廢，既影響生產(chǎn)進(jìn)度，也造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。因此，分析產(chǎn)生裂紋原因，避免再現(xiàn)，至關(guān)重要。    1．問題描述    某單位生產(chǎn)4批零件，其加工工序如下：領(lǐng)料一車工一磨工一超聲波檢測(cè)一車工一磨工一碳氮共滲一高溫回火一平磨一車工（開槽）一鉆工一鉗工一檢驗(yàn)一淬火一回火一磨工一磁粉檢測(cè)。  前3批零件均一次性合格，第4批（29件）零件加工至回火工序，噴砂后發(fā)現(xiàn)大量零件

模鍛件的成形一般包括三種類型的工步，即模鍛工步（包括預(yù)鍛和終鍛）、制坯工步（包括鐓粗、拔長(zhǎng)、滾擠、卡壓、成形、彎曲等）、切斷修整工步（包括切斷、切邊、沖孔、校正、精壓等）。    預(yù)鍛工步是使制坯后的坯料進(jìn)一步變形，以保證終鍛時(shí)獲得飽滿、無折疊、無裂紋或其他缺陷的優(yōu)質(zhì)鍛件；同時(shí)有助于減少終鍛模膛磨損，提高模具壽命。終鍛工步用以完成鍛件的最終成形。所以，當(dāng)鍛件形狀復(fù)雜，成形困難，且生產(chǎn)批量較大時(shí)，一般都采用預(yù)鍛，然后再終鍛。    制坯工步主要是根據(jù)鍛件的形

 (1)鑄造鋁合金的種類、性能及應(yīng)用鑄造鋁合金可分為Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系等，其中Al-Si占整個(gè)鋁鑄件的80%～90%。①Al-Si系合金鑄造性能好，但強(qiáng)度和塑性低。經(jīng)過變質(zhì)處理可提高合金的強(qiáng)度，尤其是塑性。在Al-Si系合金中，常常加入Mg、Cu等合金元素，通過熱處理可大幅度提高合金的力學(xué)性能。Al-Si系合金可用于制造內(nèi)燃機(jī)缸體、缸蓋、儀表外殼等。②Al-Cu系合金室溫及高溫力學(xué)性能都高，切削性能好，加工表面光潔，富銅相耐熱，熔鑄工藝簡(jiǎn)單；但鑄造性能較差（屬于固溶體型合金），富銅相

半軸是汽車后橋受扭矩及一定沖擊力的重要結(jié)構(gòu)件，是傳遞動(dòng)力的主要部件之一，在工作過程中將主減速器、差速器傳來的扭矩最后傳給驅(qū)動(dòng)車輪，即起到傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)扭力和驅(qū)動(dòng)后橋圓錐齒使車輪前進(jìn)的作用，花鍵受力處既有滑動(dòng)又有沖擊，半軸的使用壽命取決于花鍵齒的抗壓能力，要求有較高的靜扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)疲勞壽命、良好的耐疲勞性能及沖擊韌性等，較深的硬化層等，來滿足實(shí)心半軸的正常需要。 (1)材料的選擇和技術(shù)要求汽車半軸通常采用中碳鋼或中碳合金鋼等制造，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理。為了防止出現(xiàn)淬火開裂，采用浸油或浸水的冷卻方法，中頻淬火采

鋼的熱處理應(yīng)當(dāng)在還原性氣氛中進(jìn)行，在加熱過程中能保護(hù)工件，免于氧化、脫碳的爐氣即為保護(hù)氣氛，作為淬火加熱工序應(yīng)確保零件的表面狀態(tài)沒有發(fā)生改變，下面為熱鍛模具、結(jié)構(gòu)鋼零件保護(hù)加熱時(shí)，通常的保護(hù)氣氛的成分下表。 零件在加熱過程中，為保護(hù)零件免于氧化和脫碳，在具有還原性的氣氛中完成熱處理，可以獲得無氧化、不脫碳的光亮表面，提高了表面質(zhì)量，同時(shí)也省去了酸洗、拋丸或噴砂工序，提高作業(yè)效率、明顯降低了生產(chǎn)成本。    保護(hù)氣氛的種類很多，為了便于了解其特性，下面分別加以介紹，供零件在加熱過程中正確

粉末冶金法是一種不用熔煉和鑄造，而用壓制、燒結(jié)金屬粉末的方法來制造零件的新工藝。粉末冶金法既是制取具有特殊性能金屬材料的方法，也是一種精密的無切屑或少切屑的加工方法。用粉末冶金法可使壓制品達(dá)到或非常接近于零件要求的形狀、尺寸精度與表面粗糙度，使生產(chǎn)率和材料利用率大為提高，節(jié)省加工工時(shí)和減少機(jī)械加工設(shè)備，降低成本，因此粉末冶金法在國(guó)內(nèi)外都得到了很快的發(fā)展。粉末冶金工藝過程包括粉料制備、壓制成形、燒結(jié)及后處理幾個(gè)工序。(1)粉料制備  包括金屬粉末的制取、粉料的混合等步驟。值得指出的是，金屬粉末的各

鋼件在熱處理中產(chǎn)生的應(yīng)力有第一、第二、第三類內(nèi)應(yīng)力，即鋼件各部位之間的宏觀內(nèi)應(yīng)力（第一類內(nèi)應(yīng)力）和晶粒范圍內(nèi)的應(yīng)力（第二類應(yīng)力），以及晶格內(nèi)部應(yīng)力（第三類應(yīng)力）。僅僅第一類內(nèi)應(yīng)力就足以引起工件的扭曲和產(chǎn)生裂紋。本章討論的是指第一類內(nèi)應(yīng)力。工件在加熱和冷卻過程中，將發(fā)生熱脹冷縮的體積變化，以及因組織轉(zhuǎn)變時(shí)新舊相比容差而發(fā)生的體積改變。由于熱傳導(dǎo)過程，工件表面比心部先加熱或先冷卻，在截面上各部分之間產(chǎn)生溫差，導(dǎo)致鋼件表層和心部不能在同一時(shí)刻發(fā)生上述體積變化。各部位體積變化的相互牽制便形成內(nèi)應(yīng)力。加熱或冷卻速度越大，工件

淬火處理一般采用平衡或接近平衡的鐵素體-珠光體類為原始組織，而不采用非平衡組織，像淬火馬氏體、回火馬氏體、貝氏體、魏氏組織等。因?yàn)檫@些非平衡組織在加熱淬火時(shí)，可能發(fā)生組織“遺傳”，即舊相（奧氏體）晶粒粗大，新形成的奧氏體晶粒也會(huì)是粗大的，這不僅不能矯正過熱組織，反而會(huì)更加傾向于過熱。高速鋼重復(fù)淬火會(huì)形成萘狀組織。高碳高合金鋼的馬氏體，性能較脆，導(dǎo)熱性較差，加熱時(shí)容易開裂。因此，一般將非平衡組織進(jìn)行退火或正火，切斷“遺傳”，再加熱淬火，以防止淬火裂紋。但是，在某些條件下

①各向異性纖維組織的形成和形變織構(gòu)的出現(xiàn)，均使金屬的性能產(chǎn)生各向異性，這對(duì)塑性成形加工是不利的。用有織構(gòu)的板材沖壓筒形件時(shí)，因在不同方向上塑性差別很大，工件的邊緣出現(xiàn)高低不平（俗稱“制耳”現(xiàn)象），且壁厚和硬度也不均勻。為了避免織構(gòu)帶來的這類缺陷，變形量較大的工件往往經(jīng)多次變形完成，并進(jìn)行中間退火過程。②冷變形強(qiáng)化隨著塑性變形程度的增加，金屬的強(qiáng)度和硬度顯著提高，而塑性明顯下降，這一現(xiàn)象稱為冷變形強(qiáng)化，也稱加工硬化。變形過程中位錯(cuò)密度的增加和晶粒的碎化是產(chǎn)生冷變形強(qiáng)化的主要原因。由于位錯(cuò)之間的

所謂碳化物不均勻性，主要指碳化物液析、碳化物帶狀、碳化物網(wǎng)狀及碳化物顆粒的大小和分布不均勻等，它們可能成為斷裂源。人們普遍認(rèn)為不均勻碳化物增加鋼的淬裂傾向。這在高碳高合金的Cr12型鋼及高速鋼中表現(xiàn)最為突出。這類鋼冶煉澆注時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的偏析，大量的萊氏體共晶碳化物堆集于奧氏體晶粒周圍，有時(shí)呈網(wǎng)狀分布。這些碳化物在鍛、軋成形過程中雖然可被破碎，但在不同程度上仍保留著各種形式的不均勻性。在淬火加熱條件下，具有粗大網(wǎng)絡(luò)狀和密集條帶狀的碳化物難以充分溶解，造成鋼材各向異性，尤其是橫向性能顯著降低。碳化物不均勻程度愈大，其抗彎

許多工件的淬火裂紋不是在淬火介質(zhì)中產(chǎn)生的，而是淬火后放置一些時(shí)間才開裂的，此稱“時(shí)效裂紋”，實(shí)質(zhì)上也是淬火裂紋。眾所周知，淬火介質(zhì)溫度一般高于室溫，工件冷卻到淬火介質(zhì)溫度時(shí)，尚有一部分奧氏體未轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，工件從淬火劑中取出后在室溫下放置，實(shí)際上是繼續(xù)冷卻淬火，尤其是放在冰冷的地面上或使工件過夜。夜間車間里溫度不斷降低，工件內(nèi)殘留奧氏體繼續(xù)向馬氏體轉(zhuǎn)變，組織應(yīng)力不斷增加。這樣在室溫放置過程中，淬火件可能開裂。另一方面，鋼件中的淬火內(nèi)應(yīng)力，經(jīng)放置一段時(shí)間會(huì)重新分布，也可能引起開裂。還有，淬火鋼

斷續(xù)淬火法是將工件淬入淬火介質(zhì)中數(shù)秒后提出來，在空氣中冷卻一定時(shí)間，然后再淬火冷卻的方法。這種操作可依情況反復(fù)多次。若選擇停留時(shí)間正確并經(jīng)反復(fù)多次操作，可以使工件表面和中心達(dá)到所要求的硬度。這種淬火法有利于防止淬火開裂。這是由于在工件被提出介質(zhì)時(shí)，表層急冷而轉(zhuǎn)變的馬氏體因工件內(nèi)部熱量而被回火，減小了內(nèi)應(yīng)力的緣故。但要注意，工件在空氣中停留時(shí)，其內(nèi)部的奧氏體不能發(fā)生分解，以便在隨后的淬入介質(zhì)急冷時(shí)繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。45號(hào)鋼制成的大型壓模，設(shè)計(jì)要求采用整體淬火，硬度要求HRC38~43。由于工件形狀復(fù)雜，多孔、多槽及厚

為了給淬火作好組織準(zhǔn)備，鍛造后的毛坯，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)先熱處理，如正火、退火、調(diào)質(zhì)處理和球化退火等，以滿足機(jī)械加工的需要并為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。對(duì)于某些形狀復(fù)雜、精度要求較高的零件，在粗加工與精加工之間或在淬火之前，還要進(jìn)行消除應(yīng)力退火。例如45號(hào)鋼制成的搖臂軸，要求硬度HRC50~55。由于原材料在切削后殘存有嚴(yán)重的內(nèi)應(yīng)力，故經(jīng)淬火后，搖臂軸在邊角處產(chǎn)生裂紋并剝落。若改進(jìn)工藝，事先進(jìn)行550~600℃、3h去除應(yīng)力退火，可消除淬火裂紋。對(duì)于具有尖角、截面變化大且淬火前又有較大殘余內(nèi)應(yīng)力的鋼件，淬火前進(jìn)行高溫回火

1、氧化與脫碳  鋼在加熱時(shí)，鋼表面形成一層松脆的氧化鐵皮的現(xiàn)象稱為氧化；脫碳是指鋼件表面含碳量降低的現(xiàn)象。氧化和脫碳會(huì)降低鋼件表層的硬度和疲勞強(qiáng)度，而且還影響零件的尺寸。為了防止氧化和脫碳，通常在鹽浴爐內(nèi)加熱。要求更高時(shí)，可在工件表面涂覆保護(hù)劑或在保護(hù)氣氛及真空中加熱。2、過熱和過燒  鋼在淬火加熱時(shí)，由于加熱溫度較高或加熱時(shí)間過長(zhǎng)，而發(fā)生的奧氏體晶粒顯著粗化的現(xiàn)象，稱為過熱。若加熱溫度過高，而出現(xiàn)晶界氧化并開始部分熔化的現(xiàn)象稱為過燒。工件過熱后，不僅降低鋼的力學(xué)性能（尤其

鋼材若存在某些冶金缺陷（如偏析、疏松、夾雜和發(fā)紋等），便容易在淬火時(shí)產(chǎn)生裂紋。一些結(jié)構(gòu)鋼中的帶狀組織及高碳合金鋼中的碳化物偏析，也是淬火裂紋的誘因。因此，為了降低淬火裂紋傾向，提高成品率及改善零件使用性能，應(yīng)將鋼材進(jìn)行良好的鍛造。為了降低高速鋼的碳化物不均勻性，可采用重新改鍛的方法，即把冶金廠供貨的較大尺寸的棒料切成小塊（小于φ30mm時(shí)不必改鍛），加熱到1100~1150℃，鐓粗、拔長(zhǎng)，反復(fù)多次成形。在鍛造加熱時(shí)需要緩慢、均勻地進(jìn)行，并要熱透。始鍛時(shí)輕捶慢打，逐漸增加壓下量。過熱會(huì)鍛裂，低溫鍛打也會(huì)鍛裂。鍛后應(yīng)砂

將淬火后的鋼，重新加熱到A1點(diǎn)以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火。淬火后的鋼件存在很大的內(nèi)應(yīng)力和脆性，如不及時(shí)通過回火消除，會(huì)引起工件的進(jìn)一步變形，甚至開裂，所以淬火工件一般需經(jīng)回火后才能使用。淬火工件經(jīng)回火后可以達(dá)到以下三個(gè)目的：(1)消除內(nèi)應(yīng)力  通過回火可減少或消除工件在淬火時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，防止工件在使用過程中的變形和開裂。(2)獲得所需要的力學(xué)性能  通過回火提高鋼的韌性，適當(dāng)調(diào)整鋼的強(qiáng)度和硬度，使工件達(dá)到所要求的力學(xué)性能，以滿足各種工件

將工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝，稱為化學(xué)熱處理。與其他熱處理相比，化學(xué)熱處理不僅改變了鋼的組織，而且表面層的化學(xué)成分也發(fā)生了變化，因而能更有效地改變表面層的性能?；瘜W(xué)熱處理是通過以下三個(gè)基本過程來完成的：(1)分解  介質(zhì)在一定的溫度下，發(fā)生化學(xué)分解，產(chǎn)生可滲入鋼表面的活性原子。(2)吸收  活性原子被工件表面吸收。例如活性原子溶入鐵的晶格中形成固溶體，或與鐵化合形成金屬化合物等。(3)擴(kuò)散 

滲氮（又稱為氮化）是向鋼的表面滲入氮原子的化學(xué)熱處理工藝。滲氮的目的是提高零件表面的硬度、耐磨性、耐蝕性及疲勞強(qiáng)度。滲氮的方法很多，目前應(yīng)用最多的滲氮方法為氣體滲氮和離子滲氮。(1)氣體滲氮  工件在氣體介質(zhì)中進(jìn)行的滲氮稱為氣體滲氮。它是將工件放入密閉的爐內(nèi)，加熱到500~600℃，通入氨氣(NH3)，氨氣分解出活性氮原子被工件表面吸收，與鋼中的合金元素鋁、鉻、鉬形成氮化物，并向心部擴(kuò)散，形成一定厚度的滲氮層，滲氮層一般深度為0.1~0.8mm。氣體滲氮適用于含有鋁、鉻、鉬等合金元素的鋼，38C

在一定溫度下，將碳、氮原子同時(shí)滲入工件表層奧氏體中，并以滲碳為主的化學(xué)熱處理工藝稱為碳氮共滲。以滲氮為主的稱為氮碳共滲。(1)中溫氣體碳氮共滲  加熱溫度為820~870℃，以滲碳為主，共滲層表面w(C)為0.7%~1.0%，w(N)為0.15%~0.5%。碳氮共滲后一般直接進(jìn)行淬火和低溫回火，熱處理后，表層組織為含碳、氮的馬氏體及呈細(xì)小分布的碳氮化合物。碳氮共滲與滲碳相比，具有很多優(yōu)點(diǎn)。它不僅加熱溫度低，零件變形小，生產(chǎn)周期短，而且滲層具有較高的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度。目前工廠里常用來處理汽車

碳溶解在γ-Fe中形成的間隙固溶體稱為奧氏體，用符號(hào)A表示。圖為奧氏體的原子排列示意圖，它仍保持γ-Fe的面心立方晶格。  圖   奧氏體原子排列示意圖由于γ-Fe是面心立方晶格，晶格的間隙較大，故奧氏體的溶碳能力較強(qiáng)。在727℃時(shí)碳在γ-Fe中的溶解度為0.77%。隨著溫度的上升，溶解度逐漸增大，在1148℃時(shí)其溶解度可達(dá)到2.11%。奧氏體的強(qiáng)度和硬度不高(Rm≈400MPa，120~220HBW)，但塑性很好（A≈40%~60%），所以鋼材在進(jìn)行